雾化跌落式煤浆预处理器在新桥矿选煤厂的应用

2022-04-20刘军伶吉英华苑金朝任盼力

煤炭加工与综合利用 2022年2期

刘军伶，吉英华，苑金朝，耿浩，任盼力

(1.河南能源化工集团能源管理公司生产部，河南郑州 450000；2.河南能源化工集团永煤公司新桥煤矿，河南永城 476600；3.北京国华科技集团有限公司，北京 101300)

1 概述

新桥煤矿选煤厂隶属于河南能源化工集团永煤公司，位于河南省永城市南郊，是与新桥煤矿相配套建设的矿井型选煤厂。始建于2005年10月，2007年12月26日正式投产，设计入洗能力1.20 Mt/a，采用跳汰+浮选联合分选工艺。矿井煤质优良，为低—中灰、特低硫、特低磷、高发热量、高熔灰分、抗碎强度较高、热稳定性好的优质无烟煤。销售精煤为洗中块、洗小块、洗末精煤和筛末煤，附属产品为中煤和煤泥。其中洗中块和洗小块是国内稀缺的优质产品，洗末精煤是优质的高炉喷吹用煤，筛末煤发热量可根据市场需求调整销售，用于化工原料煤和动力煤。近几年，随着井下生产系统的升级改造，选煤厂跳汰机处理能力大幅提升，2018年核定产能为2.10 Mt/a，为原设计的1.75倍。尤其是2015年之后，井下煤质发生极大变化，块煤含量大幅下降，且酥软易碎，煤泥湿黏，小于0.5 mm粒级产率剧增，洗选系统的煤泥量由8%左右提高到25%以上，原有的包括煤浆预处理工序在内的浮选生产系统早已不堪重负，又加之机械设备老化，严重影响生产。因此升级改造工程迫在眉睫。

本次技改的主要内容，除了用2台GTFMC20-4(s)型机械搅拌式浮选机取代陈旧的老设备，浮选机总容积增加了32 m3外，并设置1台FCA-2500型雾化跌落式煤浆预处理器取代了原有的XK-1600型矿浆预处理器。

2 煤浆预处理的必要性

煤浆预处理是煤泥浮选生产系统必不可缺的工艺环节。其必要性有以下3点：

(1)将入浮煤浆稀释到合理的浓度范围；

(2)将浮选剂充分分散；

(3)将分散的浮选剂良好地混合在煤浆中。

3 矿浆准备器

新桥矿选煤厂原设计配置2台单室容积为16 m3，1组4室的机械搅拌式浮选机，2台浮选机共用1台XK-1600型矿浆准备器(见图1)。

1—雾化机构；2—加药漏斗；3—混合槽；4—扇形分散槽；5—喷雾盘；6—回药盘；7—检修孔；8—排料箱；9—观察孔；10—入料口； 11—筒体；12、13—稀释水口；14—油管喷嘴；15—回药管；16—分配盘；17—采样管图1 XK-1600型矿浆准备器结构示意

该厂原先所用的XK-1600型矿浆准备器是20世纪80年代原平顶山选煤设计研究院在前苏联的设备基础上研发的，其工作原理主要是依靠雾化机构将浮选剂雾化。雾化机构是由1台电动机直接带动起雾盘组成的，起雾盘是1个边沿带齿的圆盘(见图2)。浮选剂由加药漏斗给到圆盘面底部中央，圆盘面高速旋转时具有一定负压，将浮选剂持续吸附。在圆盘离心力的作用下，使盘面上的浮选剂薄膜从盘面中心向外扩散，并通过圆盘边缘的齿尖切割，以其所得到的切向高速射入空气中并与空气发生摩擦，使浮选剂被粉碎成微细的雾滴。入浮煤浆经入料口切线进入矿浆准备器，又经混合槽、扇形分散槽分割成多股煤浆，自重下落，在下落过程中与浮选剂雾滴接触，混匀后，经排料箱、排料管进入浮选机。

图2 起雾盘(下盘面)示意

新桥选煤厂自投产以来一直使用XK-1600型矿浆准备器，目前，该设备老化严重且故障多。在使用期间发现，该设备的雾化机构工作复杂，维护量较大且维修困难。出现问题时处理时间长，严重时会影响到选煤厂的正常生产。

雾化是浮选剂分散的最佳方法，该煤浆预处理器的优点是将浮选剂雾化，但长期生产实践表明，这种机械雾化方式有以下缺点：

(1)喷嘴堵塞不易处理。浮选剂是依靠加药漏斗与喷嘴之间的高差所形成的静压，经喷嘴将其射向起雾盘中心的。选煤厂所使用的浮选剂有时含有杂物或絮状物，因而易堵塞喷嘴。起雾盘安装在矿浆准备器中，空间极为狭小，加之起泡剂刺鼻嗅味，人们进入排除非常困难。有的选煤厂借用压缩空气来吹开喷嘴的堵塞物，这需要一定的时间，从而影响了生产。

(2)因浮选剂所含化学物质的腐蚀，喷嘴出口变大，浮选剂就射不到起雾盘中心，人们无法及时发现。而变换喷嘴又是一项极其困难的工作。

(3)起雾盘由1台两相电动机联动，在近3 000 r/min的转速下其要实现动平衡，取决于起雾盘的制造和装配质量，这需要相当高的技术精度。否则就产生剧烈振动，损坏电动机轴承，以致造成“烧电机”的事故。

4 雾化跌落式煤浆预处理器

4.1 设备结构

经多方面考察和现场实际了解，新桥矿选煤厂本次浮选系统改造选择FCA-2500型雾化跌落式煤浆预处理器，它采用了压缩空气雾化浮选剂，粗细颗粒有不同的预处理时间。其主要结构见图3，该设备由风动喷射式雾化器、加药漏斗和箱体等组成。风动喷射式雾化器位于箱体顶部中心位置，上端为压缩空气进口，侧面设有加药漏斗。跌落箱为正方形截面的箱体，箱体上部外侧设有入料箱，内部两侧设有溢流槽，溢流槽内设置了隔板，每块隔板上均开设了若干个通孔，目的是使煤浆沿槽宽均匀溢流。下部箱体为煤浆与浮选剂混合的工作区，两侧各布置与水平面有夹角的上滑板和下滑板，上、下滑板上均焊接有与其成一定角度且等距布置的坎条。

1—喷射式雾化器；2—压缩空气管路；3—控制阀门；4—压力表；5—加药斗；6—箱体；7—隔板；8—溢流槽； 9—上滑板；10—下滑板；11—坎条图3 FCA-2500型雾化跌落式煤浆预处理器结构

4.2 工作原理

风动喷射式雾化器的作用是通过压缩空气将浮选剂吸入并使之发生雾化。通过控制阀将压缩空气的压力调整到0.06～0.1 MPa之间，经管路进入风动喷射式雾化器中，经喷嘴高速喷出并在喷射室内产生负压，形成抽吸作用。加药漏斗中的浮选剂因为喷射室的负压作用被快速吸入，后经过压缩空气的喷射气流冲击所产生切割作用，使浮选剂充分雾化，良好地在上部箱体内扩散。

箱体上除了有入料管的进口，还有稀释水的进口，可以调节入浮煤浆的浓度。通过入料箱被分配到箱体上部两侧的溢流槽内，沿槽宽呈“瀑布”状溢出，在泄落过程中与雾状浮选剂相遇接触混合。还有一部分雾滴靠自重直接降落在第一层上滑板上，混有浮选剂的煤浆通过上、下滑板的坎条，连续跃起和跌落，使得煤浆与浮选剂雾滴反复混合，直至从箱体底部排出进入浮选机。

5 FCA-2500型雾化跌落式煤浆预处理器使用效果

本次技改工程采用1台FCA-2500型雾化跌落式煤浆预处理器和2台GTFMC20-4(S)型机械搅拌式浮选机取代原有的1台XK-1600型矿浆准备器和2台浮选机后，取得了显著的效益。

5.1 降低了浮选剂耗量

雾化跌落式煤浆预处理器将浮选剂分散为极细的小雾滴，并且均匀地混合在煤浆中，可以有效减少浮选剂的消耗。据统计，在浮选系统改造前，平均1 t煤泥的浮选剂消耗量为0.63 kg，其中起泡剂(复合药剂)的耗量为0.28 kg，捕收剂的耗量为0.35 kg。更换为FJC型雾化跌落式煤浆预处理器后，平均1 t煤泥的浮选剂耗量为0.55 kg，其中起泡剂(复合药剂)耗量为0.24 kg，捕收剂耗量为0.31 kg。平均1 t煤泥降低浮选剂0.08 kg，节省了13%。降低了选煤成本。

5.2 提高了分选效果

雾化跌落式煤浆预处理器在上、下滑板设置了若干坎条(见图3)，可以使粗、细颗粒在设备内有不同的停留时间，低灰粗粒停留时间长，在其表面形成足够稳定的油膜，可以优先浮起，避免损失在尾煤中，高灰细泥对捕收剂吸附能力强，但因停留时间短促，避免了过度吸附，影响精煤的灰分。该设备使用前、后5个月的浮选指标见表1。

根据GB/T 34164-2017《选煤厂浮选工艺效果评定方法》，技改工程前后，浮选工艺效果采用浮选完善指标ηwf来评定，其计算式如下：

ηwf=E1-E2

(1)

式中：E1为浮选精煤可燃体回收率，%；E2为浮选精煤非可燃体混杂率，%；γj为精煤产率，%；Aw为尾煤灰分，%；Aj为精煤灰分，%；Af为入料灰分，%。

表1 雾化跌落式煤浆预处理器前后的浮选指标

从表1可清楚地看出，雾化跌落式煤浆预处理器使用后，浮选精煤质量有了明显改善，灰分下降了1.06个百分点，这是由于低灰分粗颗粒在精煤中的回收量增多，灰分较高的细泥污染量减少的结果；尾煤灰分大幅提高了13.53个百分点，这是由于低灰分粗颗粒在尾煤中损失量大为减少的缘故。精煤产率增大了12.09个百分点，所以浮选精煤可燃体回收率剧增至86.44%，也就是说在尾煤中可燃体损失率不到14%，因为精煤产率的大幅增加，精煤非可燃体混杂率也随之小幅增加了4.11个百分点，但在浮选完善指标上突增了9.46个百分点，为55.89%，表征该厂的浮选效果达到了良好水平。

根据浮选精煤产率的增加，可推算出全厂的洗末精煤产率上升了1.5个百分点，按该产品价差为1 200 元/t计算，全年增加销售收入3 780 万元。与此同时，因为浮选精煤灰分降低1个百分点以上，重选精煤“背灰”程度减缓，跳汰机的分选密度有所提高，有利于重介选精煤产率的增加。固然，新桥矿选煤厂浮选效果的提高，还与以下2个原因有关。

(1)更新了2台已有的老化的浮选机，新设备有良好的充气搅拌能力。

(2)浮选机总容积增加了1/4，延长了浮选时间。

5.3 减少维修量

雾化跌落式煤浆预处理器是用压缩空气作为分散浮选剂的动力源，设备本身没有运转部件，无噪音。并且所需压缩空气的风压低，仅有0.08 MPa，所需压缩空气的风量少，平均2.0 m3/h左右，动力消耗甚小。该设备几乎没有维修工作量，可靠性好。到目前为止，设备使用时长超过5个月，未产生任何维修工作量，并且使用性能稳定，是性价比良好的选煤工艺设备。